FLUIDA STATIS

1. PENDAHULUANFluida adalah zat yang dapat mengalir dan memberikan sedikit hambatan terhadap perubahan bentuk ketika ditekan. Oleh karena itu yang termasuk fluida hanyala zat cair dan gas.

Fluida statis adalah ilmu yang memepelajari fluida dalam keadaan diam. Contoh: air dalam bejana.

2. MASSA DAN BERAT JENISA. Massa Jenis / densitas Massa Jenis adalah merupakan perbandingan massa terhadap volume suatu zat.Rumus untuk menentukan massa jenis:

dengan ρ adalah massa jenis, m adalah massa, V adalah volume.Satuan massa jenis dalam SI adalah kilogram per meter kubik (kg·m-3).B. Berat Jenis Berat jenis adalah perbandingan antara berat suatu zat dengan volumenya.Rumus :

Dengan m = massa g = percepatan gravitasi V = volumeSatuan sistem internasional untuk berat jenis adalah N/m3.

3. TEKANAN HIDROSTATIK Tekanan hidrostatis (Ph) adalah tekanan zat cair yang hanya disebabkan oleh berat zat cair

itu sendiri. Rumus:

ρ = m/V

Berat jenis = m.g / V

Ph = ρgh

dengan Ph= tekanan hidrostatika (N/m2=Pa) g = percepatan gravitasi (m/s2) h = kedalaman pada fluida ρ = massa jenis

Kesimpulan penalaran : tekanan di dalam zat cair disebabkan oleh adanya gaya gravitasi yang bekerja pada tiap bagian zat cair ; besar tekanan itu bergantung pada kedalaman; makin dalam letak suatu bagian zaat cair; makin besar tekanan pada bagian itu. Definisi tekanan hidrostatikaà tekanan di dalam fluida tak bergerak yang diakibatkan oleh

adanya gaya gravitasi. Contoh : seorang penyelam membutuhkan gaya yang lebih besar untuk mencapai

kedalaman yang lebih besar

HUKUM POKOK HIDROSTATISTIKA

“semua titik yang terletak pada suatu bidang datar di dalam zat cair yang sejenis memiliki tekanan yang sama”

Tekanan Absolut à tekanan di suatu titik di dalam suatu fluida yang sebenarnya dengan memperhitungkan tekanan atmosfer

P0 = tekanan atmosfer atau tekanan udara luar

4. HUKUM PASCALTekanan yang diberikan kepada zat cair dalam ruang tertutup diteruskan sama besar ke segala arah. Untuk dua pengisap yang kedudukannya sama berlaku:

P = tekanan (N/m2)A = luas penampang pengisap D = diameter pengisap.

5. HUKUM ARCHIMEDESBunyi Hukum Archimedes:“Gaya apung yang bekerja pada suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam suatu fluida sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda tersebut.”

Dengan

Fa = ρf .V’. g

P1 = P2 F1/A1 = F2/A2

P=PO+Ph=PO+ ρgh

FA = tekanan archimedes (N/m2)ρf = massa jenis zat cair (kg/m3)g = gravitasi (N/kg)V’ = volume benda tercelup (m3)

tenggelam: W>Fa ρb > ρf melayang: W = Fa ρb = ρf terapung: W=Fa ρb.V= ρf.V' ; ρb< ρf

dengan W = berat benda Fa = gaya ke atas ρb = massa jenis benda ρf = massa jenis fluida V = volume benda V' = volume benda yang berada dalam fluida

6. TEGANGAN PERMUKAANTegangan permukaan zat cair adalah kecenderungan permukaan zat cair untuk menegang sehingga permukaannya seperti ditutupi oleh seatu lapisan elastis. Tegangan permukaan juga berpengaruh terhadap kapilaritas liquid dalam pipa kapiler dan sumbu berpori.

Tegangan permukaan disebabkan karena aadanya gaya tarik menarik dalam fluida. Semua molekul saling menarik satu sama lain. Molekul yang berada di tengah menarik sama besar di segala arah, sedangkan molekul yang berada di permukaan hanya menarik ke bagian bawah karena tidak ada molekul fluida yang berada di atas untuk menarik mereka keluar.

Tegangan permukaan dapat dirumuskan sebagai berikut:

W = Faρb.V.g = ρf.V’.g

Dengan:σ = tegangan permukaan (N/m)F = gaya tegangan permukaan (N)l = panjang permukaan (m) Satuan SI untuk tegangan permukaan adalah N/m.

7. KAPILARITASKapilaritas atau Gejala kapiler adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler. Kenaikan atau penurunan cairan (h) dalam pipa kapiler adalah:

dengan θ = sudut kontak r = jari-jari pipa kapiler

8. VISKOSITASViskositas adalah ukuran keresistensian fluida untuk mengalir.untuk mengetahui definisi viskositas dengan tepat dapat dilakukan dengan eksperimen berikut ini :

Dari percobaan tersebut akan didapatkan Persamaan sebagai berikut:

Dengan:µ = koefisien viskositas (kg m/s)τ = shear stress (kg m/s2)V = kecepatan plate (m/s)Y = jarak antara kedua plate (m)

Persamaan diatas disebut Newtonian karena merupakan gambaran dari hukum newton terhadap viskositas. Fluida yang mengikuti Newton’s law of viscosity disebut dengan fluida Newtonian dan yang tidak disebut fluida Non-Newtonian.

Contoh : fluida Newtonian : air, benzene, larutan garam, larutan gula, etc. Fluida Non-Newtonian : pasta dan gels.Viskositas gas dan liquid yang bergantung pada suhu dan waktu: Viskositas gas akan meningkat perlahan seiring dengan meningkatnya suhu. Sedangkan viskositas liquids akan menurun dengan cepat seiring meningkatnya suhu.

9. MENISKUS

µ = τ / (V/y)

h = 2γ cosθ / ρ g r

σ = F / l

Meniskus adalah sifat yang dimiliki zat cair berupa penampakan kelengkungan yang terjadi dan ada pada permukaan zat cair ketika berada dalam tabung atau celah yang sempit. Meniskus cekung, yaitu suatu keadaan dimana permukaan zat cair yang berada dalam

tabung kaca/ bejana sempit tampak melengkung ke bawah (cekung).Hal ini disebabkan karena gaya adhesi antara molekul zat cair dengan molekul wadahnya lebih besar daripada gaya kohesi antar molekul zat cair.Akibatnya partikel zat cair yang bersentuhan dengan dinding tabung akan lebih tertarik ke dinding, sehingga posisi permukaan zat cair di dinding tabung lebih tinggi dari pada posisi permukaan zat cair di tengah tabung. Sifat zat cair pada meniskus cekung adalah membasahi dinding kaca dan naiknya permukaan zat cair pada pipa kapiler.Sebagai contohnya adalah air yang dituangkan ke dalam tabung kaca yang tidak diolesi minyak. Sifat zat cair pada meniskus cekung adalah membasahi dinding kaca dan naiknya permukaan zat cair pada pipa kapiler.

Meniskus cembung, yaitu suatu keadaan dimana permukaan zat cair yang berada dalam tabung kaca/ bejana sempit tampak melengkung ke atas (cembung).Hal ini disebabkan karena gaya kohesi antar molekul zat cair lebih besar daripada gaya adhesi antara molekul zat cair dengan molekul wadahnya.Akibatnya partikel zat cair cenderung menjauhi dinding tabung, sehingga permukaan zat cair di dinding akan lebih rendah daripada permukaan zat cair di tengah tabung. Sifat zat cair pada meniskus cembung adalah tidak membasahi dinding dan turunnya permukaan raksa pada pipa kapiler.Sebagai contohnya adalah air yang dituangkan ke dalam tabung kaca yang telah diolesi minyak dan raksa yang dimasukkan ke dalam tabung kaca.

10. APLIKASI FLUIDA STATIS Dongkrak Hidrolik

Balon UdaraBalon udara merupakan contoh aplikasi hukum archimedes.Seperti halnya zat cair, udara (termasuk fluida) juga melakukan gaya apung pada benda. Gaya apung yang dilakukan udara pada benda sama dengan berat udara yang dipindahkan oleh benda.Dalam hal ini ρf adalah massa jenis udara.

Tegangan PermukaanPada abad modern ditemukan phenomena lapisan air laut yang tidak tercampur satu sama lain di selat Jibraltar. Dinding pembatas itu adalah 'tegangan permukaan' antara air laut dengan kandungan garam tinggi dan yang rendah.

Pembuatan BendunganSemakin dalam bendungan maka tekanannya semakin besar. Sehingga semakin kebawah dinding bendungan semakin tebal untuk menghindari jebolnya bendungan. Contoh ini merupakan aplikasi dari hukum hirostatistika : P = ρgh

Prinsip IsostasiPrinsip isostasi adalah prinsip keseimbangan densitas.Hal tersebut dapat dianalogikan dengan apungan gunung es, Gunung es tenggelam hingga posisi seimbang sedemikian rupa dengan 10% massanya berada diatas permukaan air. Jika es di permukaan mencair, tubuh gunung es akan bergerak naik ke permukaan untuk mempertahankan kondisi keseimbangan. Sesuai dengan Hukum Archimedes,

dimana densitas air lebih besar daripada densitas es, maka mengakibatkan gunung es dapat terapung sebagian diatas permukaan air.

AquiferKapilaritas berhubungan dengan Aquifer yaitu lapisan batuan yang menampung dan menyalurkan air tanah. Beberapa batuan yang berpori-pori memiliki kapilaritas yang tinngi sehingga dapat menampung dan menyalurkan air tanah.Contoh batuan yang menjadi equifer adalah batu pasir, gravel atau fractured bedrock.

Artesis

Sistem air tanah artesis (artesian system) terbentuk ketika air tanah tertekan (confined) yang membuatnya memiliki tekanan hidrostatik tinggi. Sehingga air tanah akan keluar kepermukaan.